【摘要】介绍了矿山井下中央泵房排水自动化系统井下运行时关键环节的技术应用及解决方案，如多级泵启动前真空度检测系统的优化、水位检测系统选型的优化、系统失电对高扬程矿井水泵消除水锤方案、机械电气故障自诊断系统的应用、避峰填谷节能技术的运用。提高了矿山井下中央泵房排水自动化系统的安全性。
【关键词】排水；自动化；系统优化；独特技术应用
前言
现有国内矿山井下中央泵房排水自动化系统已经在多家矿山应用运行，由于工况的复杂性，大部分都存在或多或少的问题，导致全自动运行时存在隐患甚至不能自动化运行。我公司在丰海煤矿、小华煤矿的主排水系统及仙亭煤矿生活供水系统中，同时应用了多项新的技术，保证了供排水自动化全自动运行的可靠性，同时也起到了节能降耗的作用。
1真空度检测系统优化
（1）目前市场上绝大多数厂家在水泵启动前检测真空度采用以下两种方法：①在进水管安装真空度压力变送器检测负压值，由于检测管道中气水混合且流速很高，负压变送器很难及时反应出当前负压值，经常出现明显管道中气未排净但是压力显示已经到达负压设定值，导致程序判断失误，水泵干抽，特别是不锈钢耐腐多级泵很容易形成叶轮烧死，导致整台水泵需返厂维修或直接报废；②在压力变送器不能准确判断时，大部分厂家采用时间判断，即开启真空泵或射流泵后，不检测真空度，而是直接采用延时启动水泵的方法，这种方法对于真空度的检测和控制几乎没有，对水泵的保护更加缺失。（2）新采用技术：使用德国进口水流开关配合压力变送器检测采用德国原装进口的水流检测装置完美的解决了水泵真空度难检测的问题：在水泵进水管增加水流检测管道，安装该水流检测装置，通过检测真空管道水流量的方式精确检测水泵真空度，确保水泵在真空度达到要求后启动。同时以负压变送器检测为辅助检测手段，对两个数据的同时比较，更加精确的判断水泵的引水效果。
2水位检测系统选型的优化
（1）目前国内其他厂家一般选用单个浮球开关或单个液位计进行检测，在传感器出故障后整个自动化系统将瘫痪；（2）采用技术：冗余设计及独特选型①冗余设计水位监测系统使用冗余设计：使用两台互相备用的超声波液位计检测水仓水位，PLC系统设有检测判断程序，当主液位计出现故障导致信号不准确时，系统会自动切换至备用液位计；同时系统设计两个浮球开关检测水仓水位，该信号为开关量信号，作为最终保障：当两台液位计全部故障，浮球开关设置为水位高及水位超高信号，系统接收后会自动甩开液位计信号，根据浮球开关信号控制系统动作（见图1）。②对于水面有波浪水仓的水位检测选用超声波液位计检测水仓液位，针对水面有波浪的水仓，一般采用导波管测量法，即在超声波探头下方加一根DN100以上的PVC管，固定于水仓池壁，PVC管底部与最低液位设定点持平，保证管内壁光滑无毛刺即可，此时水面的波浪就无法影响到超声波液位计的检测，保证了检测的可靠性。
3系统失电对高扬程矿井水泵消除水锤方案
（1）国内矿山中高扬程矿井对于系统失电造成的水锤损害没有特别好的办法；（2）在排水自动化项目中可应用EPS应急电源，该电源自有逆变技术，SPWM+IGBT良好的高速开关特性；具有高电压和大电流的工作特性；采用电压型驱动，只需要很小的控制功率。总的容量可供失电后水泵闸阀动作及泵房照明。在系统失电时，自动化系统供电自动切换到EPS输出，此时系统自动关闭水泵出口电动闸阀以达到消除水锤、保护水泵的目的。我公司在三个矿井自动化排水系统中因有设置截止阀，因此均未应用EPS电源系统。
4机械电气故障自诊断系统的应用
（1）目前国内矿山排水自动化系统没有机械电气故障自诊断系统应用先例；（2）此系统以多年矿山排水自动化运行及调试经验积累编写的数据库为核心，在线监测系统各项关键参数与数据库进行实时比对，在故障发生前进行预警，故障发生后及时报警；在每个报警发生后，用户可在故障列表界面发现闪烁的故障报警，此时可点击该报警条，点击后会弹出一个故障自诊断界面：界面上会列举出各项会引起该故障的各种因素，并详细的介绍了该如何去查询、处理该故障，为紧急排除故障保证生产提供了有力的帮助。以1#水泵电机A相温度高报警为例：当系统检测电机A相温度超过125℃时，系统上位机主画面会跳出报警条：“1#水泵电机A相温度高报警”，且在不停的闪烁，此时可用鼠标点击该报警条，进入该报警画面，因为同时CPU在检测电机电流信号、电压信号，系统会根据其他信号进行分析，如果其他两相绕组温度正常，电流正常，电压正常，主画面会给出两个选项提醒用户检查：①检查电源是否虚接；②停止电机运转，测量电机各绕组的电阻值，比较A相绕组静态阻值是否比其他两项大，如果确定则是电机本身故障；如果系统检测到其他两相绕组温度同样报警，且电流都超大，主画面则会提醒：①检查电源电压是否偏高；②检测水泵是否过载或堵转等。
5避峰填谷节能技术的应用
避峰填谷原则是指矿山生产过程中，针对不同时段采用不同电价的区别电价政策。一般来说在白天用电高峰的时候电价比较高；夜间则电价比较低。针对这一实际情况在高电价时间段将一台、两台水泵的启动水位增加一个修正值：△H，△H>0，即将水位向上修正，这样就达到了在白天减少水泵启动时间的作用（见图2）。经过一段时间的试运行，经统计得出：实施避峰填谷及不实施避峰填谷所消耗的电量对比是很可观的，一年运行下来每个水仓均能节省大笔的电费。
6结语
通过对矿山井下中央泵房排水自动化系统关键环节的特殊设计、选型，新技术的应用后，极大的提高了故障的应对能力，使自动化在井下的应用更加成熟可靠，同时也极大的方便了检修就维护，对矿井安全生产具有极大的意义。
参考文献
[1]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.S7-300可编程序控制器系统手册，2004.
[2]崔坚，李佳.西门子工业网络通信指南.2004，9.
作者：郑培飞 单位：福建省永安煤业有限责任公司
